Verfahren zum kontinuierlichen Fräsen von Kegelrädern mit geraden Zähnen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kon tinuierlichen Fräsen, von Kegelrädern mit geraden Zähnen, wobei die Schneiden der im Kreise bewegten Werkzeuge das Profil der linken bzw. rechten Zahn flanken eines gedachten, mit dem zu schneidenden Rad kämmenden, als Planrad anzusehenden Gegen rades darstellen und eine Wälzbewegung zwischen den Werkzeugen und dein Werkstück stattfindet.
Kegelräder mit geraden Zähnen werden heute in der Technik im umfangreichen Masse verwendet. Da die Verzahnungszeit einen erheblichen Anteil der Gesamtarbeitszeit des Rades ausmacht, hat man in den letzten Jahren immer mehr versucht, die Verzah nungszeit durch neue Bearbeitungsverfahren herab zusetzen.
Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das kürzeste Arbeitszeit und genaue Her stellung der Verzahnung garantiert.
<I>Stand der Technik</I> Kegelräder mit geraden Zähnen werden heute allgemein im Wälzteilverfahren durch Hobeln oder Fräsen, im Schablonenteilverfahren durch Hobeln oder im Räumteilverfahren hergestellt.
Das Hobeln im Schablonenteilverfahren benötigt die höchste Arbeitszeit für das Verzahnen. und kommt nur für grosse Räder (über<B>750</B> mm Durchmesser) mit grossem Modul in Frage.
Beim Hobeln im Wälzteilverfahren sind auf dem Wälzkörper zwei Stössel, die die Hobelstähle tragen, so angebracht, dass bei hin und her gehender Bewegung der Stössel die Hobelstähle zur Kegelspitze hin arbeiten, damit der konische Zahnverlauf entsteht. Das Rad ist auf dem Teilkopf befestigt. Die hin und her gehen den Hobelstähle dringen zunächst in das volle Mate rial des Radkörpers ein und stechen eine Zahnlücke aus. Ist die volle Zahntiefe erreicht, dann kommt zu der hin und her gehenden Bewegung der Hobelstähle noch eine Bewegung des ganzen Wälzkörpers und des Teilkopfes, damit das Zahnprofil ausgewälzt werden kann. Ist das Zahnprofil ausgewälzt, dann wird der ganze Wälzkörper zurückgezogen, damit die Hobel stähle aus dem Radkörper herauskommen.
Nun dreht sich der Wälzkörper in seine Grundstellung zurück, und der Teilkopf führt ebenfalls eine Rückdrehung und gleichzeitig eine Teilbewegung aus, damit die nächste Zahnlücke gehobelt werden kann. Es muss also bei, dem Verzahnen des Kegelrades so oft ge wälzt und geteilt werden, wie das Rad Zähne besitzt. Dieses oftmalige Wälzen und Teilen bedeutet natür lich einen erheblichen Zeitverlust.
Der Vorgang beim Wälzteilfräsen ist dem Vor gang beim Wälzteilhobeln ähnlich, nur sind die Hobel stähle durch Fräser ersetzt. Die Fräser führen aber keine hin und her gehende, sondern nur eine Dreh bewegung um ihre Achse aus. Dadurch ist der Zahn grund nicht gerade wie beim Hobeln, sondern kon kav. Es muss etwas tiefer gefräst werden, damit das benötigte aktive Profil auf der ganzen Zahnbreite er reicht wird. Die Fräser stechen zunächst auch eine Zahnlücke vor, dann wird gewälzt. Nach dem Wälzen werden die Fräser aus dem Radkörper herausgezogen, und es erfolgen nun Rückdrehung in die Grundstel lung und die Teilbewegung, damit die nächste Zahn lücke bearbeitet werden kann.
Das Fräsen geht zwar bedeutend schneller als das Hobeln, es muss aber ebenfalls so oft gewälzt und ge teilt werden, wie das Rad Zähne hat. Diese Art des Fräsens wird auch als Wälztauchfräsen bezeichnet.
Beim Räumteilverfahren wird ein rundes Räum werkzeug verwendet, das ähnlich wie ein Fräser ar beitet. Die Räummesser sind auf einem runden Grundkörper ähnlich wie Fräserzähne angebracht. Die Vorschneidmesser sind in ihrer Höhe verschie- den, damit sie zunächst die Zahnlücke ausarbeiten. Die dann folgenden Fertigschneidmesser schneiden das Profil auf beiden Seiten einer Zahnlücke fertig. Es wird hierbei nicht gewälzt. Da sich das Zahnprofil längs der Zahnbreite laufend verändert, kann jedem Fertigmesser nur ein ganz bestimmter Schnitt zu geordnet werden. Jedes darauffolgende Fertigmesser <B>3 Z,</B> besitzt ein anderes Profil.
Damit nun jedes Fertig messer das ihm zugedachte Profil im Radkörper schneiden kann, muss das Räumwerkzeug längs der Zahnbreite beim Räumen geführt werden. Die Räum messer sind schwierig herzustellen, weil die Schneid seiten, dieser Messer genau das zu räumende Profil besitzen müssen, das sich, wie erwähnt, von Messer zu Messer ändert. Die Räumwerkzeuge sind also im Preis sehr hoch.
Das Räumen selbst geht sehr schnell. Bei jeder Umdrehung des Räumwerkzeuges ist eine Zahnlücke fertig. Es wird hierbei nicht gewälzt, sondern: nur geteilt. Es wird also so oft geteilt, wie das Rad Zähne hat.
Die Schneidkanten der Hobelstähle und der Frä ser sind gerade. Mit diesen geraden Schneidkanten wird das Zahnprofil von Zahn zu Zahn im Teilver fahren ausgewälzt. Die Schneidkanten der Räummes ser haben Profilform. Die Zahnlücken werden im Teilverfahren ohne Wälzen ausgeräumt.
<I>Technische Aufgabe</I> Wie aus dem Stand der Technik hervorgeht wer den alle genauen Kegelräder heute im Wälzteilver- fahren oder im Räumteilverfahren hergestellt. Da das Wälzen und Teilen von Zahn zu Zahn zeitraubend ist, würde ein kontinuierliches Bearbeitungsverfahren, bei dem nur einmal gewälzt wird und das Teilen fort fällt, erhebliche Vorteile hinsichtlich der Arbeitszeit bringen.
Die technische Aufgabe besteht nun darin, ein kontinuierliches Verzahnungsverfahren für Kegel räder mit geraden Zähnen, bei dem nur einmal<B>ge-</B> wälzt wird und das Teilen fortfällt, zu finden.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht darin, dass ein dem Werkzeugträger konzentrisch zugeordneter Kreis aussen oder innen auf einem dem Planrad konzentrisch zugeordneten Kreis abrollt und dass dabei die in einer oder mehre ren Spiralen in einer Ebene auf dem Werkzeugträger angeordneten geradlinigen Werkzeugschneiden in be- zug auf das ruhend gedachte Werkstück Zykloiden beschreiben, und dass infolge der Drehung des Werk stückes diese Zykloiden so aneinandergereiht sind, da die in Längsrichtung gerade oder ballige Flanken linie eines Zahnes der herzustellenden Verzahnung die Umhüllende aller dieser Zykloiden ist. Dieses Ver fahren wird nachstehend anhand der Zeichnungen bei spielsweise erläutert.
<B><I>1.</I></B><I> Erzeugung der Flankenlinien</I> a) Erklärung des Verfahrens Wenn in einem feststehenden Kreis K0 (Fig. 1) ein Kreis K1, dessen Durchmesser gleich dem Radius des Kreises KO ist, so abrollt, dass die Punkte 1, 2, 3 usf. des Kreises K1 der Reihe nach in die Punkte l', 2', 3' usf. des Kreises K0 zu liegen kommen, dann durchläuft ein auf dem Kreis K1 liegender Punkt P eine Hypozykloidenbahn 1'', 2'', 3'' usf. Diese Zy kloidenbahn ist eine Gerade und stellt einen Durch messer D des feststehenden Kreises K0 dar. Dabei hat sich der Mittelpunkt M1 des Kreises K1, der durch einen um den Mittelpunkt M0 drehenden Steg im Ab stand M1M0 geführt wird, auf einer Kreisbahn vom Radius M1M0 nach M1' bewegt.
Man kann diesen Vorgang auch folgendermassen wiedergeben: Rollt in Fig. 2 der Kreis K1, dessen Durchmesser d1 gleich dem Radius r. des Kreises K, ist, in dem zunächst feststehend gedachten Kreis K0 so ab, dass die Punkte 1, 2, 3 usf. des Kreises K1 der Reihe nach in die Punkte 1', 2', 3' usf. des Kreises K0 zu liegen kom men, dann hat der Punkt P des Kreises K1 die Hypo zykloide P, 1'', 2'' bis 6'' durchlaufen. Der Kreis K0) stand still, der Steg<I>MM,</I> hat um den Mittelpunkt M, eine Rechtsdrehung um den Winkel<B>%</B> und der Kreis Ki um seinen Mittelpunkt M, eine Linksdre hung um den Winkel<B>p,</B> ausgeführt.
Denkt man sich ,ein unter dem Kreis KO liegendes Papierbogensystem Si mit dem Kreis K, fest verbunden, dann hat auch dieses System<B>S,</B> keine Bewegung ausgeführt.
Blockiert man nun dieses ganze Gebilde, so dass sich die einzelnen Glieder untereinander nicht verdre hen können"und dreht es insgesamt um den Mittelpunkt MO um den Winkel<B>990</B> links-herum zurück, dann haben dabei der Steg M,M, des Kreises K, und das System S, eine Linksdrehung um den Winkel -(p. um den Mittelpunkt M, ausgeführt.
Die Einzel- und Gesamt bewegungen ergeben sich wie folgt: C, <B>C</B>
EMI0002.0019
Glied: <SEP> <B>1.</B> <SEP> Bewegung <SEP> <B>+</B> <SEP> 2. <SEP> Bewegung <SEP> Gesamtbewegung
<tb> Steg <SEP> <I>MM,</I> <SEP> <B>+ <SEP> (PO <SEP> + <SEP> wo) <SEP> 0</B>
<tb> Kreis <SEP> Ki <SEP> <B>-911 <SEP> + <SEP> 0</B>
<tb> Kreis <SEP> K, <SEP> <B>0 <SEP> + <SEP> (P0)</B>
<tb> System <SEP> <B>Si <SEP> 0 <SEP> + <SEP> Cp <SEP> 0)</B> Wenn sich also der Kreis Ki um seinen feststehenden Mittelpunkt M, um den Winkel<B>-(f,</B> nach links und der Kreis KO mit dem System S, um ihren fest- stehenden Mittelpunkt M" um den Winkel -9" nach links gedreht haben,
dann hat ein im Punkt P auf dem Kreis KI befestigter Bleistift auf System Si die Hypozykloide -6'M0 gezeichnet. Der Steg M1M0 hat dabei keine Drehung um den Mittelpunkt MO ausgeführt. Der Vorgang sei nochmals an Hand der Fie. 3 betrachtet. Drehen sich der Kreis K1 um seinen Mittelpunkt M1 um den Winkel p1 nach links und der Kreis KO um seinen Mittelpunkt M, um den Win- kel'("() nach links, dann hat ein im Punkt P auf dem Kreis K1 befestigter Bleistift auf ein System S1 das Hypozykloidenstück 1'1 gezeichnet.
Bei jeder weite ren Drehung des Kreises, K1 um den Winkel p1 und des Kreises K0 um den Winkel p0 wird ein weiteres Stück der Zykloide beschrieben. Hat sich der Kreis- K1 sechsmal um den Winkel p1 also um 180 und der Kreis K, sechsmal. um den Winkel 990 insgesamt um 90 gedreht, dann ist die Zykloide 6'M0 entstan den, die als Gerade erscheint. In den einzelnen Lagen schneiden sich der Kreis K, und die Gerade, auf der das Stück l', 1 bzw. 21, 2 usf. liegt, in den Punkten 1 bis<B>6.</B>
Errichtet man in diesen Schnittpunkten jeweils das Lot auf dieser Geraden, dann entsteht ein Strah lenbüschel. Sämtliche Strahlen dieses Büschels schnei den sich im Punkt P, der als gemeinsamer Pol dieses Büschels angesehen werden kann. Der Krümmungs mittelpunkt für die jeweils auf der geraden Zykloide gekennzeichneten Punkte<B>1</B> bis<B>6</B> liegt auf dem zu geordneten Strahl im Unendlichen.
Wenn der Punkt P als Pol des Strahlenbüschels betrachtet wird, dann kann man um diesen Pol einen Kreis K., ziehen und auf der Kreisfläche von, K 2 in den Punkten V', 2", Y' usf. Werkzeuge befestigen, wie es Fig. 4 zeigt.
Dreht sich nun die Kreisfläche von<U>K.,</U> mit den. darauf befestigten Werkzeugen um den Pol P mit der Winkelgeschwindigkeit W2 linksherum und der Kreis KO um seinen Mittelpunkt MO mit der zugeordneten Winkelgeschwindigkeit W, ebenfalls linksherum,dann durchlaufen die auf der Kreisfläche von K2 befestig ten Werkzeuge die um den Pol P gestrichelt gezeich neten Kreise, die die gerade Zykloide in den Schnitt punkten 1, 2, 3 usf. berühren. Die Werkzeuge schnei den also diese Gerade in den Schnittpunkten aus, wie es durch die gestrichelt markierten Werkzeuge an gedeutet ist.
Betrachtet man nun alle von den Werkzeugen aus geführten Schnitte zusammen, dann ergibt sich Fig. 5, das heisst, die insgesamt ausgeführte Schnittlinie ist eine Zusammensetzung aus einzelnen Segmenten mit den Mittelpunkten P1, P2, usf., und die gerade Zy kloide ist die Umhüllende aller Segmente.
In Wirklichkeit ist aber zur Ausbildung der Flan kenlinie eines Geradzahnkegelrades nicht die ganze gerade Zykloide von P bis 6 (Fig. 5) nötig, sondern es wird dazu nur ein Stück dieser Zykloide benutzt, wie es Fig. 6 zeigt. Dementsprechend braucht auch nur dieses gewählte Stück der Flankenlinie von den Werkzeugen bearbeitet zu werden. Dadurch lässt sich eine Vielzahl von, Messern auf der Kreisfläche von K2 anbringen, und die geschnittenen Segmentstücke rük ken näher aneinander, so dass die gesamte Schnitt linie. praktisch der Geraden sehr nahe kommt. Einen ähnlichen Vorgang findet man auch beim Wälzfräsen von Stirnrädern mit einem Wälzfräser.
Dreht sich das Radsystem S1 (Fig. 6) um den Winkel pt um seinen Mittelpunkt M0 rechtsherum, dann hat das Werkzeug in der gleichen Zeit um sei nen Mittelpunkt P eine Linksdrehung um den Winkel T2 ausgeführt. Das Radsystem S, hat sich also um eine Teilung weiterbewegt, so dass die gestrichelt ge zeichnete zweite Messerreihe die nächste Zahnlücke ausarbeiten kann. Die Messerreihen (Schneidkanten reihen) verlaufen je längs einer Spirale.
Durch die Vielzahl, der Messer liegen die Schnitt bogen (Fig. 7) dicht hintereinander, und man hat es in der Hand, die Messer, die gerade Schneidkanten aufweisen, die in einer Ebene auf dem Messerträger angeordnet sind, so zu verteilen, dass eine sauber ge schnittene Flankenlinie entsteht.
In Fig. 5 und 7 sind die Schnittbogen der Ein fachheit halber als- Kreisbogen gezeichnet. Die Mes ser, die auf der Kreisfläche von K , befestigt sind, durchlaufen bei der Drehung dieser Kreisfläche<B>um</B> ihren Pol P ' Kreise, die zentrisch zum Pol P liegen. <B>Im</B> System S, schneiden diese Messer aber, da sich System S, ja ebenfalls dreht, Zykloiden nach Fig. 8 oder Fig. 9, je nach der Drehrichtung des Systems S1 und des Werkzeuges K..
Die geschnittene Flankenlinie ist also nicht eine Zusammensetzung aus Kreisbogen, wie es in Fig. 5 und<B>7</B> aus zeichnerischen Gründen der Einfachheit halber dargestellt ist, sondern eine Zusammensetzung von Zykloidenbogen der Fig. 8 oder 9, je nach der gewählten Drehrichtung.
Bisher ist die Ausbildung der Flankenlinien von einer Zahnflanke (der linken oder rechten) gezeigt worden, Sollen. aber beide Flanken, die linke und die rechte, gleichzeitig geschnitten werden, dann sind dazu zwei Messerköpfe, wie z. B. Fig. 10 zeigt, not wendig..
Da in Fig. 10 die Drehrichtung W2 der Messer köpfe K2 und K 2 1 die gleiche (links) und die Dreh richtung Wo des Systems<B>S,</B> entgegengesetzt ist, wer den die Flankenlinien der linken, und rechten Flanken .der Zähne des Systems S, aus Zykloidenbegen nach der Zykloide der Fig. 8 zusammengesetzt. Kehrt man aber, wie in.
Fig. 11, die Drehrichtung des Messer kopfes K2' um, so dass sich dieser um seinen Mittel punkt P' ebenfalls rechtsherum wie System S1 und M0 dreht, dann werden die Flankenlinien der linken Flanke, die von den Messern, des Messerkopfes K 2 geschnitten werden, aus Bogen der Zykloide nach Fig. <B>8</B> und die Flankenlinien der rechten Flanke, die die Messer des Messerkopfes K 2/ schneiden, aus Bogen der Zyklolde nach Fig. <B>9</B> gebildet.
Praktisch hat dieses auf die Ausbildung der Flan ken keinen Einfluss, da man die Schnitte durch ent sprechende Anzahl von Messern genügend dicht nebeneinanderlegen kann und die Krümmungen bei der Zykl'oiden nicht wesentlich unterschiedlich sind. Gemäss Fig. 10 und 11 wird in zwei Zahnlücken gleichzeitig geschnitten. Man kann aber auch in einer Zahnlücke die linke und rechte Flanke gleichzeitig bearbeiten, wie es Fig. 12 zeigt. Die Messer drehen sich dann, wie in Fig. 11, im entgegengesetzten Sinne, und' die Flankenlinien sind aus Bogen verschiedener Zykloiden erzeugt.
<B>b)</B> Abweichung der Flankenlinien von der Geraden (ballige Ausführung) Damit sich Herstellungs- und Einbaufehler und der Härteverzug beim Lauf der Räder nicht voll aus wirken können, werden die, Flankenlinien häufig ballig ausgeführt, das heisst sie sind keine genauen Geraden, sondern weichen von dieser um gewünschte Beträge ab.
Auch diese ballig ausgeführten Flankenlinien las sen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren her stellen.
Man braucht, wie es Fig. 13 zeigt, nur einige der ersten und letzten Messer einer Messerreihe nach aussen zu versetzen. In Fig. 13 zeigen die ausgezoge nen Messer die normale Lage derselben, die gestri chelt gezeichneten Messer die versetzte Lage, die dann ballig ausgeführte Flankenlinien ergibt. Die mittleren Messer bleiben dabei in ihrer normalen Lage.
Es entsteht dann eine ballige Flanke, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Die Grösse der Balligkeit kann be stimmt werden, und die dazu notwendige Messerlage lässt sich einfach im voraus berechnen.
<B>e)</B> Ausbildung der Zähne und Stellung der Messer- köpfe Die Zähne können nach Fig. 15 mit konstanter Zahnhöhe ausgeführt werden. Die Messerköpfe liegen dann parallel zur Planradebene und erzeugen in den Teilkegeln den angenommenen Eingriffswinkel, z. B. 200. Da die Zähne am inneren Durchmesser aber ziemlich spitz oder überspitzt ausfallen, wird man Stumpfzähne, also Zähne mit verminderter Zahnhöhe, ausbilden müssen.
Allgemein werden die Zähne nach Fig. 16 mit nach innen abnehmender Zahnhöhe hergestellt. Diese Zähne können mit normaler Zahnhöhe ausgeführt werden, und es ergibt sich ein gutes Aussehen dersel ben. Die Messerköpfe liegen dann zur Planradebene, um den Fusswinkel öf geneigt, und ein angenomme ner Eingriffswinkel, z. B. 2011, wird hier in den Fuss kegeln hergestellt. In den Teilkegeln stellen sich an dere Eingriffswinkel ein, die bei Rad und Gegenrad gleich gross sind, wenn die Fusswinkel der Räder gleich sind. Sind diese bei Rad und Gegenrad nicht gleich gross, wie es bei korrigierten Rädern der Fall ist, dann ergeben sich in den Eingriffswinkeln Ab weichungen, die aber so gering sind, dass sie prak tisch vernachlässigt werden können.
Durch die Schwenkung der Messerköpfe um den Fusswinkel öf zur Planradebene entstehen Zahnflanken, die auch in Richtung der Zahnhöhe eine geringe Balligkeit auf weisen, die erwünscht ist. d) Planrad, Planradzähnezahl und Ausbildung der Messer Jede Kegelradverzahnung wird auf ein Planrad bezogen, das heisst in diesem Planrad müssen sich die Flankenlinien und die Teilungen von Rad und Gegen rad decken. Die Planradzähnezahl Zp bestimmt sich zu:
EMI0004.0004
worin
EMI0004.0005
Die Werte
EMI0004.0006
ergeben aber nur in ganz wenigen Fällen eine ganze Zahl. In den meisten Fällen entstehen Dezimalzahlen, das heisst in den meisten Fällen ist die Planradzähne zahl eine dezimale Zahl. Diese Planradzähnezahl hat auf die Ausbildung des Werkzeuges hier keinen Ein fluss, denn, wie z.
B. aus Fig. 6 hervorgeht, werden die Messerreihen auf der Kreisfläche von K2 im Tei lungsabstand gelegt. Wenn sich der Radkörper<B>S,</B> um den Winkel 99 t um seinen Mittelpunkt M, dreht, hat er sich um eine Teilung weiterbewegt. Während dieser Zeit hat nach Fig. 6 aber der Messerkopf eine Drehung um<B>1800</B> ausgeführt, und die eine Messer reihe hat dabei die Flankenlinie eines Zahnes geschnit ten. Nun beginnt aber die zweite gestrichelt gezeichnete Messerreihe eine andere Flankenlinie an einem anderen Zahn, der um eine Teilung vom ersten entfernt liegt, zu bearbeiten.
Das, Werkzeug ist also nicht an die Planrad zähnezahl gebunden, sondern lediglich von der Tei lung abhängig.
Man kann daher mit einem für eine bestimmte Teilung festgelegten Werkzeug eine Vielzahl von Rädern mit verschiedenen Zähnezahlen schneiden. In den jeweils angesetzten Messerreihen können auch die ersten 1, 2 oder 3 Messer als Vorschneider aus gebildet werden.
2. Das Auswälzen des Zahnprofils In. Abschnitt<B>1.</B> wurde nur die Erzeugung der Flankenlinien längs der Zahnbreite behandelt. Da mit ist aber das Zahnprofil (Oktoide) noch nicht gebil det. Damit das Zahnprofil entsteht, muss der Wälz körper W mit den darauf befestigten Messerköpfen noch eine zusätzliche Wälzb#ewegung um die Wälz- körperachse <B>A</B> (Fig. <B>17)</B> ausführen. In Fig. 17a ist das Rad R im Schnitt gezeichnet, und die Lage des Mes serkopfes und des Wälzkörpers angedeutet.
Fig. <B>17b</B> zeigt den Wälzweg zum Auswälzen der linken Flanke eines Zahnes. Derselbe Wälzweg ist in versetzter Lage für die rechte Flanke notwendig. Aus beiden ergibt sich der gesamte Wälzweg. In Fig. 18 ist der Wälzkörper W mit den darauf befestigten Messerköpfen B und<B>C</B> dargestellt.
Die ausgezogen gezeichneten Messerköpfe zeigen die Lage bei Wälzbeginn, und die gestrichelt gezeichneten Mes serköpfe zeigen die Lage bei Beendigung der Wäl- zung. Der Wälzkörper mit den Messerköpfen muss sich dabei um den Mittelpunkt MO um den Wälz- winkel pw drehen. Diese zusätzliche Bewegung muss auch dem Rad erteilt werden.
3. Die Arbeitsweise einer entsprechend Fig. 18 <I>ausgebildeten Maschine beim Schneiden der Flanken-</I> linien und gleichzeitigem Auswälzen des Profils Die Maschine arbeitet wie folgt: Die Messerköpfe B und<B>C,</B> die auf dem Wälz körper W befestigt sind, drehen sich fortlaufend uni ihre Achsen, so dass die Messer mit der vorgeschrie benen Schnittgeschwindigkeit bewegt werden. Gleich zeitig dreht sich der Wälzkörper mit den. Messer köpfen um den Mittelpunkt M..
Diese letzte Bewegung geht langsam vor sich. Ebenso führt auch der Radkörper R um seine Achse eine Drehung aus, die sich aus der Bewegung, die zum Schneiden der Flankenlinien notwendig ist, und aus der Wälzbewegung zusammensetzt.
Der Wälzkörper mit den Messerköpfen wird un durch einen Vorschub (Fig. 19) auf den Radkörper zu bewegt, so dass die Messer immer tiefer in diesen eindringen. Ist die volle Zahntiefe erreicht, dann -hört die Vorschubbewegung auf. Es finden dann nur noch Drehbewegungen statt. Ist auch die Wälzung beendet, dann sind alle Zähne des Rades fertiggestellt, und der Wälzkörper mit den Messerköpfen wird in die Grund stellung zurückgezogen. Der Teilkopf T schwenkt dann um seinen Mittelpunkt und führt das nächste Rad R' in die Bearbeitungsstellung.
Es wird also bei diesem Verfahren nicht geteilt und nur einmal gewälzt. Der Fräsvorgang erfolgt kon tinuierlich.
<I>4. Arbeitszeit beim kontinuierlichen Fräsen</I> Beispiel Es ist ein Rad mit 22 Zähnen, Modul<B>5,</B> zu schneiden. Die Zahnhöhe ist 11 mm, der Vorschub pro Radumdrehung 0,2 mm. Dann sind zum Ein stechen der vollen Zahntiefe
EMI0005.0008
Radumdrehun gen notwendig.
Der Messerkopf hat einen Durchmesser von 140 mm und besitzen, zwei Messerreihen. Bei einer Radumdrehung muss das Werkzeug
EMI0005.0009
Um drehungen gemacht haben.
Wird die Schnittgeschwindigkeit mit 75 m/min angesetzt, dann führt der Messerkopf
EMI0005.0010
aus. Folglich ist die Arbeitszeit zum Einstechen auf volle Zahntiefe wie folgt: Die gesamte Drehzahl des Messerkopfes zum Ein stechen ist: <B><I>55. 11</I> = 600</B> Umdrehungen.
Pro Minute macht das Werkzeug<B>170</B> Umdrehun gen, damit ist Arbeitszeit
EMI0005.0011
Nimmt man 1,5 min zum Auswälzen des Profils hinzu, dann ist die gesamte Verzahnungszeit 5' für das Rad.
<I>Schleifen der Verzahnung</I> Die nach diesem Verfahren hergestellten Kegel räder können auch auf den bekannten Schleifmaschi nen nach dem Härten in der Verzahnung geschliffen werden.
Anwendungsgebiet der Erfindung Das kontinuierliche Fräsverfahren ist für die Her stellung geringer Stückzahlen genau so geeignet wie für die Massenfertigung von Rädern. Das Werkzeug ist nur teilungsgebunden, und man kann praktisch jede Zähnezahl. der gleichen Teilung schneiden. Es können alle Kegelräder mit geraden Zähnen, wie Dif ferentialkegelräder für den Fahrzeugbau und alle Räder des Maschinenbaues damit bearbeitet werden. Die Kosten der Messerköpfe sind niedrig.
<I>Technischer Fortschritt gegenüber dem bisher</I> <I>Bekannten</I> Der technische Fortschritt der Erfindung liegt darin, dass die Kegelräder mit geraden oder ballig aus geführten Flankenlinien nach einem genau arbeiten den kontinuierlichen Fräsverfahren hergestellt werden können, das jedem Wälzteilverfahren gegenüber, wie es heute ausgeführt wird, an Teilungsgenauigkeit Überlegen ist und ausserdem geringste Arbeitszeit er fordert.
Method for the continuous milling of bevel gears with straight teeth The invention relates to a method for the continuous milling of bevel gears with straight teeth, the cutting edges of the tools moving in a circle flank the profile of the left and right tooth of an imaginary wheel to be cut meshing, to be regarded as a crown gear, represent a counter wheel and a rolling movement takes place between the tools and your workpiece.
Bevel gears with straight teeth are used extensively in technology today. Since the toothing time makes up a considerable proportion of the total working time of the wheel, more and more attempts have been made in recent years to reduce the toothing time through new machining processes.
The purpose of the invention is to create a method that guarantees the shortest working time and precise manufacture of the toothing position.
<I> State of the art </I> Bevel gears with straight teeth are generally manufactured today using the hobbing process by planing or milling, using the template-dividing process by planing or using the broaching process.
Planing using the template part process requires the highest working time for the gear cutting. and is only suitable for large wheels (over <B> 750 </B> mm diameter) with a large module.
When planing using the hobbing process, two rams, which carry the planing steels, are attached to the rolling element in such a way that when the ram moves back and forth, the planing steels work towards the tip of the cone so that the conical tooth profile is created. The wheel is attached to the dividing head. The planing steels that go back and forth first penetrate the full mate rial of the wheel body and cut out a tooth gap. When the full tooth depth is reached, the back and forth movement of the planing steels is accompanied by a movement of the entire rolling element and the dividing head so that the tooth profile can be rolled out. Once the tooth profile has been rolled out, the entire rolling element is withdrawn so that the planing steels come out of the wheel body.
The rolling element now rotates back to its basic position and the dividing head also rotates back and at the same time performs a partial movement so that the next tooth gap can be planed. When the bevel gear is toothed, it must be rolled and divided as often as the gear has teeth. This frequent rolling and dividing naturally means a considerable loss of time.
The process of hobbing is similar to that of planing, except that the planing steels have been replaced by milling cutters. However, the milling cutters do not move back and forth, only a rotary movement around their axis. As a result, the tooth base is not straight as in planing, but concave. It must be milled a little deeper so that the required active profile is achieved over the entire face width. The milling cutters also first cut a tooth gap, then it is rolled. After the rolling, the milling cutters are pulled out of the wheel body, and there are now reverse rotation into the basic position and the partial movement so that the next tooth gap can be machined.
Milling is much faster than planing, but it also has to be rolled and divided as often as the wheel has teeth. This type of milling is also known as hob milling.
In the broaching process, a round broaching tool is used that works in a similar way to a milling cutter. The broaching knives are mounted on a round body similar to cutter teeth. The pre-cutting blades are different in height so that they first work out the tooth gap. The finishing blades that then follow cut the profile on both sides of a tooth gap. It is not rolled here. Since the tooth profile changes continuously along the face width, each finished knife can only be assigned a very specific cut. Each subsequent finished knife <B> 3 Z, </B> has a different profile.
So that every finishing knife can cut the profile intended for it in the wheel center, the broaching tool must be guided along the face width when broaching. The broaching knife are difficult to manufacture because the cutting sides, this knife must have exactly the profile to be broached, which, as mentioned, changes from knife to knife. The broaching tools are therefore very high in price.
The clearing itself is very quick. With every revolution of the broach a tooth gap is finished. It is not rolled around here, but: only divided. So it is divided as often as the wheel has teeth.
The cutting edges of the planing steels and the milling cutter are straight. With these straight cutting edges, the tooth profile is rolled out from tooth to tooth in the partial process. The cutting edges of the Räummes ser have a profile shape. The tooth gaps are cleared in the partial process without rolling.
<I> Technical task </I> As can be seen from the state of the art, all precise bevel gears are now manufactured using the rolling or broaching process. Since the rolling and dividing from tooth to tooth is time-consuming, a continuous machining process in which there is only one rolling and no dividing would bring significant advantages in terms of working time.
The technical task now consists in finding a continuous toothing process for bevel gears with straight teeth, in which there is only one rolling and there is no need to split.
The solution to the problem on which the invention is based is that a circle that is concentrically assigned to the tool carrier rolls outside or inside on a circle that is concentrically assigned to the face gear and that the straight tool cutting edges arranged in one or more spirals in a plane on the tool carrier in be - Describe cycloids on the workpiece, which is imagined at rest, and that as a result of the rotation of the workpiece, these cycloids are strung together in such a way that the longitudinally straight or crowned flank line of a tooth of the toothing to be produced is the envelope of all these cycloids. This Ver drive is explained below with reference to the drawings, for example.
<B><I>1.</I></B> <I> Generation of the flank lines </I> a) Explanation of the method If in a fixed circle K0 (Fig. 1) a circle K1, the diameter of which is equal to the Radius of the circle KO, rolls off so that the points 1, 2, 3 etc. of the circle K1 come to lie one after the other in the points 1 ', 2', 3 'etc. of the circle K0, then a passes through on the Circle K1 lying point P a hypocycloid path 1 ", 2", 3 ", etc. This cycloid path is a straight line and represents a diameter D of the fixed circle K0. The center M1 of the circle K1, which is through a web rotating around the center M0 in the distance from M1M0 is guided, moved on a circular path from radius M1M0 to M1 '.
This process can also be reproduced as follows: If the circle K1 rolls in FIG. 2, the diameter d1 of which is equal to the radius r. of the circle K, is in the initially fixed imaginary circle K0 so that the points 1, 2, 3 etc. of the circle K1 lie one after the other in the points 1 ', 2', 3 'etc. of the circle K0 come, then the point P of the circle K1 has passed through the hypocycloids P, 1 ", 2" to 6 ". The circle K0) stood still, the web <I> MM, </I> has around the center M, a right turn around the angle <B>% </B> and the circle Ki around its center M, a left turn around executed the angle <B> p, </B>.
If one imagines that a paper sheet system Si lying under the circle KO is firmly connected to the circle K, then this system <B> S, </B> has not performed any movement either.
If you now block this whole structure so that the individual links cannot twist with one another "and if you turn it back to the left around the center MO by the angle <B> 990 </B>, then the web M, M, of the circle K, and the system S, a left turn through the angle - (p. Around the center M, executed.
The individual and total movements result as follows: C, <B> C </B>
EMI0002.0019
Link: <SEP> <B> 1st </B> <SEP> movement <SEP> <B> + </B> <SEP> 2nd <SEP> movement <SEP> total movement
<tb> Bridge <SEP> <I> MM, </I> <SEP> <B> + <SEP> (PO <SEP> + <SEP> wo) <SEP> 0 </B>
<tb> Circle <SEP> Ki <SEP> <B> -911 <SEP> + <SEP> 0 </B>
<tb> Circle <SEP> K, <SEP> <B> 0 <SEP> + <SEP> (P0) </B>
<tb> System <SEP> <B> Si <SEP> 0 <SEP> + <SEP> Cp <SEP> 0) </B> If the circle Ki is around its fixed center point M, around the angle <B> - (f, </B> to the left and the circle KO with the system S, around its fixed center point M "by the angle -9" to the left,
then a pencil attached to point P on circle KI has drawn the hypocycloid -6'M0 on system Si. The web M1M0 did not rotate about the center point MO. The process is again based on the Fie. 3 considered. If the circle K1 turns around its center point M1 by the angle p1 to the left and the circle KO around its center point M, around the angle '("() to the left, then a pencil attached to the point P on the circle K1 is open a system S1 the hypocycloid piece 1'1 drawn.
With each further rotation of the circle, K1 by the angle p1 and of the circle K0 by the angle p0, another piece of the cycloid is described. If the circle K1 has moved six times by the angle p1, i.e. by 180 and the circle K, six times. Turned by the angle 990 by a total of 90, then the cycloid 6'M0 is created, which appears as a straight line. The circle K and the straight line on which the piece 1 ', 1 or 21, 2 and so on lies intersect in the individual layers at points 1 to 6
If you set up the perpendicular on this straight line at these intersection points, a bundle of rays is created. All the rays of this cluster intersect at point P, which can be viewed as the common pole of this cluster. The center of curvature for each of the points <B> 1 </B> to <B> 6 </B> marked on the straight cycloid lies at infinity on the ray to be ordered.
If the point P is regarded as the pole of the bundle of rays, then a circle K., can be drawn around this pole and tools can be attached to the circular area of, K 2 at points V ', 2 ", Y' etc., as shown in Fig 4 shows.
If the circular area of <U> K., </U> rotates with the. Tools attached to it around the pole P with the angular velocity W2 to the left and the circle KO around its center MO with the assigned angular velocity W, also to the left, then the tools attached to the circular surface of K2 run through the circles drawn around the pole P by dashed lines, which touch the straight cycloid in the intersection points 1, 2, 3 etc. The tools cut this straight line at the intersection points, as indicated by the tools marked with dashed lines.
If one now looks at all the cuts made by the tools together, then FIG. 5 results, that is, the overall cut line is a combination of individual segments with the centers P1, P2, etc., and the straight cycloid is the envelope of all segments.
In reality, however, the entire straight cycloid from P to 6 (FIG. 5) is not necessary to form the flank line of a straight bevel gear, but only a piece of this cycloid is used, as FIG. 6 shows. Accordingly, only this selected part of the tooth trace needs to be machined by the tools. As a result, a large number of knives can be attached to the circular area of K2, and the cut segment pieces move closer together, so that the entire cutting line. practically comes very close to the straight line. A similar process can also be found when hobbing spur gears with a hob.
If the wheel system S1 (FIG. 6) rotates clockwise by the angle pt around its center point M0, then the tool has performed a left turn around the angle T2 around its center point P at the same time. The wheel system S has moved on by one division so that the second row of knives, shown in dashed lines, can work out the next tooth gap. The rows of knives (rows of cutting edges) each run along a spiral.
Due to the large number of knives, the cut arcs (Fig. 7) lie close behind one another, and it is in the hand to distribute the knives, which have straight cutting edges which are arranged in one plane on the knife carrier, so that one clean cut flank line is created.
In Fig. 5 and 7, the cutting arcs are drawn for simplicity as a circular arc. The knives, which are attached to the circular surface of K, pass through circles which are centered on the pole P when this circular surface is rotated about its pole P '. <B> In </B> System S, however, since system S also rotates, these knives cut cycloids according to FIG. 8 or FIG. 9, depending on the direction of rotation of system S1 and tool K ..
The cut flank line is therefore not a combination of circular arcs, as is shown in FIGS. 5 and 7 for the sake of simplicity, but a combination of cycloid arcs in FIGS. 8 or 9, depending on the selected direction of rotation.
So far, the formation of the flank lines of a tooth flank (the left or right) has been shown, should. but both flanks, the left and the right, are cut at the same time, then two cutter heads, such as z. B. Fig. 10 shows, not agile ..
Since in Fig. 10 the direction of rotation W2 of the knife heads K2 and K 2 1 is the same (left) and the direction of rotation where the system <B> S, </B> opposite, who the flank lines of the left and right flanks . of the teeth of the system S, composed of cycloid clusters according to the cycloid of FIG. But if you return, as in.
Fig. 11, the direction of rotation of the knife head K2 'so that it rotates around its center point P' also to the right like system S1 and M0, then the flank lines of the left flank, those of the knives, of the knife head K 2 are cut are formed from the arches of the cycloids according to FIG. 8 and the flank lines of the right flank, which intersect the knives of the cutter head K 2 /, from the arches of the cyclolde according to FIG. 9 .
In practice, this has no effect on the formation of the flanks, since the cuts can be placed sufficiently close to one another using the appropriate number of knives and the curvatures of the cycloid are not significantly different. According to FIGS. 10 and 11, two tooth gaps are cut simultaneously. However, the left and right flanks can also be machined simultaneously in a tooth gap, as shown in FIG. 12. The knives then rotate in the opposite direction, as in FIG. 11, and the flank lines are generated from arcs of different cycloids.
<B> b) </B> Deviation of the flank lines from the straight line (crowned design) So that manufacturing and installation errors and the hardening distortion cannot have their full effect when the wheels are running, the flank lines are often crowned, i.e. they are no exact straight lines, but deviate from this by the desired amount.
These crowned flank lines can also be produced using the method according to the invention.
As shown in FIG. 13, only some of the first and last knives of a row of knives need to be moved to the outside. In Fig. 13, the extended NEN knives show the normal position of the same, the dashed knives drawn the offset position, which then results in convex flank lines. The middle knives remain in their normal position.
A convex flank then arises, as shown in FIG. 14. The size of the crown can be determined and the knife position required for this can easily be calculated in advance.
<B> e) </B> Formation of the teeth and position of the cutter heads The teeth can be designed with constant tooth height according to FIG. 15. The cutter heads are then parallel to the planetary gear plane and generate the assumed pressure angle in the partial cones, e.g. B. 200. Since the teeth turn out to be quite pointed or exaggerated on the inner diameter, you will have to train stump teeth, i.e. teeth with reduced tooth height.
In general, the teeth according to FIG. 16 are produced with an inwardly decreasing tooth height. These teeth can be made with normal tooth height, and the same results in a good appearance. The cutter heads are then to the plan gear plane, inclined at the root angle öf, and an assumed pressure angle, z. B. 2011, is made here in the foot cones. In the pitch cones there are other pressure angles that are the same for the wheel and mating wheel if the root angles of the wheels are the same. If these are not the same size for wheel and mating wheel, as is the case with corrected wheels, then there are deviations in the pressure angles from which, however, are so small that they can practically be neglected.
By pivoting the cutter heads by the root angle öf to the plane gear plane, tooth flanks are created which also have a slight crown in the direction of the tooth height, which is desirable. d) Plan gear, number of crown gear teeth and design of the knives Each bevel gear tooth system is related to a crown gear, which means that the tooth lines and the pitches of gear and counter gear must match in this plan gear. The number of crown gear teeth Zp is determined by:
EMI0004.0004
wherein
EMI0004.0005
The values
EMI0004.0006
but only give a whole number in very few cases. In most cases, decimal numbers are created, i.e. in most cases the plan gear teeth number is a decimal number. This number of plan gear teeth has no influence on the formation of the tool here, because, for example,
B. from Fig. 6, the rows of knives are placed on the circular area of K2 in the pitch distribution distance. When the wheel body <B> S, </B> rotates through the angle 99 t around its center point M, it has moved one pitch further. During this time, however, according to FIG. 6, the cutter head has performed a rotation of <B> 1800 </B>, and one row of knives has cut the flank line of a tooth. Now, however, the second row of knives, shown in dashed lines, begins another flank line edit another tooth one pitch away from the first.
The tool is not tied to the number of teeth, but only depends on the division.
You can therefore cut a large number of wheels with different numbers of teeth with a tool set for a specific pitch. The first 1, 2 or 3 knives can also be formed as pre-cutters in the respective rows of knives.
2. Rolling out the tooth profile In. Section <B> 1. </B> only dealt with the generation of the tooth trace along the face width. But since the tooth profile (octoid) is not yet formed. In order for the tooth profile to be created, the rolling element W with the cutter heads attached to it must also perform an additional rolling movement around the rolling element axis <B> A </B> (Fig. 17) </B>. In Fig. 17a, the wheel R is drawn in section, and the position of the Mes serkopfes and the rolling element indicated.
Fig. 17b shows the rolling path for rolling out the left flank of a tooth. The same rolling path is necessary in an offset position for the right flank. The entire Wälzweg results from both. In FIG. 18 the rolling element W is shown with the cutter heads B and C attached thereon.
The cutter heads drawn in solid lines show the position at the start of rolling, and the cutter heads drawn with dashed lines show the position at the end of rolling. The rolling element with the cutter heads must rotate around the center point MO by the rolling angle pw. This additional movement must also be given to the wheel.
3. The mode of operation of a machine designed according to FIG. 18 when cutting the flank lines and simultaneously rolling out the profile. The machine works as follows: The cutter heads B and <B> C, </B> the the rolling body W are attached, rotate continuously uni their axes, so that the knives are moved at the prescribed cutting speed. At the same time, the rolling element rotates with the. Knives head around the center M ..
This last move is slow. The wheel body R also rotates about its axis, which is composed of the movement that is necessary for cutting the flank lines and the rolling movement.
The rolling element with the cutter heads is moved towards the wheel body by a feed (Fig. 19) so that the cutters penetrate deeper and deeper into it. When the full tooth depth is reached, the feed movement stops. Then only rotary movements take place. If the rolling is also finished, then all the teeth of the wheel are finished and the rolling element with the cutter heads is retracted into the basic position. The dividing head T then pivots around its center point and guides the next wheel R 'into the machining position.
It is therefore not divided in this process and only rolled once. The milling process takes place continuously.
<I> 4. Working time for continuous milling </I> Example A wheel with 22 teeth, module <B> 5, </B> is to be cut. The tooth height is 11 mm, the feed per wheel revolution 0.2 mm. Then you have to insert the full tooth depth
EMI0005.0008
Wheel revolutions necessary.
The cutter head has a diameter of 140 mm and has two rows of knives. With one wheel revolution, the tool must
EMI0005.0009
To have made turns.
If the cutting speed is set at 75 m / min, the cutter head will guide
EMI0005.0010
out. Consequently, the working time for grooving to the full tooth depth is as follows: The total speed of the cutter head for grooving is: <B> <I> 55. 11 </I> = 600 </B> turns.
The tool makes <B> 170 </B> revolutions per minute, that's working time
EMI0005.0011
If you add 1.5 minutes to roll out the profile, the total toothing time is 5 'for the wheel.
<I> Grinding the toothing </I> The bevel gears produced using this process can also be ground in the toothing on the known grinding machines after hardening.
Field of application of the invention The continuous milling process is just as suitable for the manufacture of small numbers as it is for the mass production of wheels. The tool is only pitch-bound and you can use practically any number of teeth. cut at the same pitch. All bevel gears with straight teeth, such as differential bevel gears for vehicle construction and all wheels in mechanical engineering, can be processed with it. The cost of the cutter heads is low.
<I> Technical progress compared to the previously </I> <I> known </I> The technical progress of the invention lies in the fact that the bevel gears can be manufactured with straight or crowned flank lines according to a precisely working continuous milling process Compared to any hobbing process, as it is carried out today, is superior in terms of indexing accuracy and also requires very little working time.